温榆河水质评价与水环境容量研究

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1、温榆河水质评价与水环境容量研究温榆河水质评价与水环境容量研究报告人：刘明宇导师： 华 珞教授20082008- -0505- -2121目录目录第一章 概述第二章 研究区概况第三章 水污染源调查与评价第四章 水环境质量评价第五章 水环境容量第六章 污染防治对策及治理措施第七章 结论与建议一、绪论：一、绪论：研究意义温榆河，是举世闻名的京杭大运河源头，被 誉为北京的“母亲河”，全长.公里，有 蔺沟河、清河、龙道河、坝河、小中河等支流汇 入。位于整个北京市的心脏地带。流域内社会经 济比较发达，污水排放量较大。作为北京市的战 略备用水源地，温榆河的水质还清与水资源的充 分利用对于缓解北京市水资源紧张

2、形势、实现水 资源统筹配置、促进北京市社会经济发展都具有 非常重要的战略意义。对温榆河流域进行水环境 现状评价、水环境容量计算以及提出污染治理对 策是十分必要和及时的。水质现状评价的研究发展水质现状评价的研究发展1965年，R.K.Horton首先提出了水质评价的质 量指数法(QI)，R.M.Brown等在1970年提出了水质现状评价的 质量指数(WQI)。N.L.Nemerow在其河流污染的科学分析中 提出了另一种指数的计算方法内梅罗法， 并利用这种方法对纽约州的一些地面水的污染 情况进行了粗略的指数计算，取得了不错的效 果。1977年，S.L.Ross根据SOD,氨氮、悬浮固体 及DO四项

3、指标，对英国克鲁德河流域干、支 流的水质进行评价，使得评价更加全面具体。20世纪80年代以来，一些不确定性、非线性理 论方法的出现和计算机技术的推广应用，为水 质评价新模式的产生提供了理论依据和技术支 持。例如：人工神经网络、灰色关联度分析方 法、模糊识别模式法水环境容量的研究发展水环境容量的研究发展水环境容量的概念首先是由日本学者提出来的 。六十年代末，日本为了改善水和大气的环境 质量状况，提出污染物排放总量控制问题，即 把一定区域内的大气和水体中的污染物质总量 控制在一定的允许限度内。80年代初期，在北京东南郊环境质量评价、黄 河兰州段、图们江、松花江、漓江等环境质量 评价项目中分别探讨了

4、水污染自净规律、水质 模型、水质排放标准制定等数学方法，从不同 角度提出和应用了水环境容量的概念。研究内容研究内容(1) 通过对温榆河流域内的现场调查、实地考 察的情况，对水污染源进行分析与评价，分析 整个流域的总体污染情况。(2) 基于改进的TOPSIS 法以及监测数据对流 域内的八个断面的水质进行全面客观的综合评 价。研究内容研究内容(3) 根据该河段的水文、污染源的调查资料及 水质实测资料，建立一维水质数学模型，确定 模型污染物控制参数等各项参数，基于选取的 化学需氧量（CODcr）和氨氮（NH3-N）两个 水质因子，研究该河流的水环境容量问题。(4) 针对温榆河的水环境现状和水环境容量

5、， 提出水污染防治控制措施。温榆河水质评价与水环境容量研究污染源现状调查与评价搜集水文监测资料八个断面的水质监测水环境容量计算水污染防治措施水环境容量计算模型的确定改进TOPSIS方法TOPSIS 法水质评价模型水质参数的确定技技 术术 路路 线线第二章第二章 研究区概况研究区概况温榆河流经昌平、海淀、顺义、朝阳和通州五 区，在通州北关拦河闸入北运河，东沙河、北 沙河和南沙河三条支流在昌平区沙河镇汇集于 沙河闸形成沙河水库，沙河闸以上称之为温榆 河上游，即沙河水库流域，流域面积1099km2 。从沙河闸以下始称温榆河，其主要支流为蔺 沟河、清河、坝河、小中河等第三章第三章 水污染源调查与评价水

6、污染源调查与评价温榆河干流部分、北沙河、南沙河流域入河污 水调查与评价（见表）温榆河入河污染特征分析（1）南沙河流域和 北沙河流域均属于温榆河流域污染分区中的严 重污染区，其中南沙河流域，污水排放量约 3.78万m3/d，主要污染因子CODCr和氨氮严重 超标，北沙河流域，污水排放量约2.2万m3/d ，主要污染因子为总氮和总磷，（2）温榆河 上游干流段属于温榆河流域污染分区中的中度 污染区，主要污染因子CODCr和氨氮严重超标 ，污染成因分析污染成因分析污水排放总量逐年增加城乡污水处理基础设施建设严重滞后河道自净能力弱水环境管理体制不顺和环保执法能力不强第四章第四章 水环境质量评价水环境质量

7、评价TOPSIS法是一种比较常用而且很有效率的多 目标决策方法，近年来已被用于污染治理方案 优选、环境质量综合评价等实际工作，取得了 较为满意的结果。TOPSIS法虽然可以用来解 决带有时间因素的多对象多指标综合评判，但 常常因为权重计算、距离公式的选择影响评价 结果的可靠性和合理性。本文利用熵权法及改 进的相对接近度算法对传统TOPSIS法进行改 进，避免了其缺点，改进改进TOPSIS法步骤：法步骤：构建多目标决策矩阵形成规范化决策矩阵确定各指标权重构造规范化加权矩阵确定参考样本2006年7、8月对温榆河流域干流沙河闸、尚 信、马坊等八个主要断面进行了多次取样监测 ，本次评价的样品采用这八个

8、断面的水质监测 资料，监测结果见下表。主要是研究温榆河流 域在丰水期水环境综合质量现状及其变化趋势 。参评要素选取氨氮（N-NH3）、溶解氧（ DO）、BOD5和CODMn。监测断 面项目pH溶解氧氨氮BOD5CODMn悬浮 物沙河闸监测结 果7.95.75.8313.110.334尚信监测结 果8.29.55.8321.813.529马坊监测结 果7.95.94.9815.812.719鲁疃闸监测结 果7.95.47.5314.39.120辛堡闸监测结 果7.64.323171742苇沟闸监测结 果7.60.621.413.416.226坝河监测结 果7.72.410.413.59.913小

9、场沟监测结 果7.50.516.337.319.454项目项目分类标准值分类标准值类类类类类类类类类类溶解氧 7.56532高锰酸盐指数 2461015化学需氧量1515203040五日生化需氧量334610氨氮(NH3-N) 0.150.51.01.52.0总磷(以P计) 0.020.10.2)0.30.4基于上述改进TOPSIS方法，在综合评价温榆 河水环境质量时，把温榆河八个主要断面的样 品监测值和地表水环境质量标准（GB3838- 2002）的五级标准的标准值，分别看作 TOPSIS法的决策方案，按照上述改进的 TOPSIS法的步骤，可以得到每个样品的监测 值和每级的标准值的Ci*值，

10、对Ci*值大小排序 ，便可以得到温榆河干流各个断面水环境的综 合质量和不同断面之间进行综合质量优劣比较 。0 7778 1.00001.00000.80910 6111 0.98471.00000.80910 5000 0.96280.97080.64720.27780.94090.91250.32360.16670.91900.79590.00000.57780.75140.70550.9612 Y1.00000.75140.45190.85760.60000.78860.62680.88350.5.=4440.67700.67061.00000.42220.00000.59180.7443

11、0.01110.07000.69680.77020.21110.55140.69390.97410.00000.29320.00000.6667 规范化矩阵类类类类类类类类类类沙河沙河 闸闸尚尚 信信马马 坊坊鲁疃鲁疃 闸闸辛堡辛堡 闸闸苇沟苇沟 闸闸坝坝 河河小场小场 沟沟Di0.02 950.46 920.57 180.61 260.63 660.66 530.66 720.66 380.67 010.68 140.68 510.67 700.68 94Di*1.37 870.93 490.82 550.77 560.74 770.72 470.73 280.72 570.71 970.7

12、0 530.69 910.70 870.69 38Ci*0.97 900.66 580.59 080.55 870.54 010.52 130.52 340.52 230.51 790.50 860.50 500.51 140.50 16小结：小结：将Ci*值进行排序得：CCC CC C尚C马C沙C鲁C坝C辛C 苇C小温榆河流域水体环境质量整体上较差，干流各 监测断面水质都不满足相应的水体功能要求， 均为劣V类水体；上游水环境质量整体上要优 于下游，尚信监测断面水质最好，小场沟最差 ，坝河段水质优于下游其他段面；NH3-N、 BOD5对温榆河流域水环境质量影响较大， NH3-N、BOD5超标严

13、重。第五章第五章 水环境容量水环境容量根据水环境功能区的实际情况，环境容量 计算一般用一维水质模型。对有重要保护意义 的水环境功能区、断面水质横向变化显著的区 域或有条件的地区，可采用二维水质模型计算 。所以根据温榆河的基本特征和基础数据情况 ，采用一维水质模型和“物质平衡模型”来进 行水环境容量计算。QuxkqQWCCs0)4 .86exp()(+=W河流水环境容量（g/s）； CS水功能敏感断面水质目标值(mg/l)； Q计算河段上游设计来水流量（m3/s）； C0污染物背景浓度（mg/l）； x排污断面距下游功能敏感断面的距离（km）; q计算河段接纳的污废水总量（m3/s）； k污染物

14、自净系数（1/d）； u计算河段的平均流速（m/s）012exp()exp()exp() 01286.486.486.4xxxWQkkkQqqCCCCsssuuu=+CQ)K1/()qQ(CW0is+=+=W 河段最大允许纳污量，g/s； Q河段上游来水量，m3/s； qi排污口或者支流口污水流量，m3/s； Cs规划河段水质保护目标，mg/L； C0规划河段上游污染物浓度，mg/L； K污染物综合衰减系数，1/d；干流河段支流水功能区划CODCr氨氮温榆河上段 （沙子营以上）干流IV301.5北沙河IV东沙河IV南沙河IV蔺沟河IV温榆河下段 （沙子营以下）干流V402清河上段IV301.5

15、清河下段V402坝河上段IV301.5坝河下段V402小中河V402温榆河干支流水功能区划和温榆河干支流水功能区划和Cs确定值确定值衰减系数衰减系数K确定：确定：确定综合衰减系数K对水资源保护中计算 水体纳污能力、预测污染物浓度、制定污染物 控制方案等整个过程的准确性和合理性影响很 大。然而，影响综合衰减系数的因素复杂，不 同河流因素千差万别，导致了综合衰减系数确 定的复杂性和困难度。温榆河综合衰减系数的 确定，主要采用2001年北京市水资源保护规 划和2003年海河流域水资源保护规划成 果，即北京市KCOD0.1（1/d）、KNH3-N 0.05 （1/d）流量设计：流量设计：在充分研究分析

16、温榆河干支流不同河段丰、枯 水期流量和水质变化规律的基础上，采用沙河 闸和北关闸水文站2000-2004年实测监测数据 来确定沙河闸上游河段和温榆河干流的设计流 量和河流平均流速；对于温榆河上段和其它主 要支流，由于缺乏实测资料，其设计流量根据 历史降雨径流资料和沙河闸、北关闸近五年实 测资料进行同比预测主要 支流水环境容量（吨）实际入河（吨）超载倍数CODCrNH3-NCODCrNH3-NCODCrNH3-N南沙河529.8 251804.8 242.7 2.4 8.7 北沙河359.3 171675.6 144.2 3.7 7.5 东沙河38718.3 336.3 44.2 -0.11.4 蔺沟河1235.8